KR20130128517A - Spectral interferometer using comb generation and detection technique for real-time profile measurement - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 측정 대상물을 손상시키지 않고 측정 대상물의 두께, 위치, 표면 형상, 내면 형상 중 적어도 하나를 정확하게 측정할 수 있는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a real-time spectral interference measurement apparatus and a measurement method using a comb generation and detection apparatus capable of accurately measuring at least one of a thickness, a position, a surface shape, and an inner surface shape of a measurement object without damaging the measurement object.
최근, 액정 디스플레이(LCD), 실리콘 웨이퍼 등의 초미세 전자부품의 가공과 제조 상태를 확인하기 위해서 위 실리콘 웨이퍼 등의 초미세 전자부품의 두께, 위치, 내면 형상 등에 대한 정밀한 측정이 요구되고 있다. In recent years, in order to confirm the processing and manufacturing state of ultrafine electronic components such as liquid crystal display (LCD) and silicon wafer, it is required to precisely measure the thickness, position, and inner surface shape of ultrafine electronic components such as silicon wafers.
특히, 다수의 웨이퍼 칩을 수직으로 적층하는 3D 반도체 패키징 공정에서, 웨이퍼 층간의 전기적 연결을 위해 실리콘 웨이퍼에는 TSV(Through Silicon Via )라는 가늘고 긴 구멍(이하, '비아홀' 이라 한다)을 형성하고, 상기 비아홀에 도전물질을 채워 웨이퍼 층간의 회로를 연결한다. 상기 비아홀은 지름이 작고 깊이는 긴 구조로 비아홀이 원하는 소정의 깊이와 지름을 가지도록 정상적으로 형성되었는가 확인하기 어려웠다.Particularly, in a 3D semiconductor packaging process in which a plurality of wafer chips are stacked vertically, a thin long hole (hereinafter referred to as a "via hole") called TSV (Through Silicon Via) is formed on a silicon wafer for electrical connection between wafer layers, The via hole is filled with a conductive material to connect a circuit between the wafer layers. It is difficult to confirm whether the via hole has a small diameter and a long depth and whether the via hole is normally formed to have a desired depth and diameter.
이를 구현하기 위해 노광을 통해 미세 선폭을 구현해 왔으나, 회절 한계로 인해 구현할 수 있는 선폭에 제한을 받게 되었다. In order to realize this, the fine line width has been realized through exposure, but the line width is limited due to the diffraction limit.
이를 극복하기 위해, 극자외선(EUV)과 같은 가시광 보다 짧은 파장의 광을 이용하여 회절 한계를 줄여가는 방법이 제안되었다.In order to overcome this problem, a method of reducing the diffraction limit by using light having a shorter wavelength than visible light such as extreme ultraviolet (EUV) has been proposed.
웨이퍼의 비아홀과 같은 초미세 전자 부품의 가공 혹은 제조 상태를 검사하는 종래의 방법으로는 측정하고자 하는 측정 대상물에 광을 조사하여 형상, 두께, 위치를 측정하는 광학적 측정 방법과, 측정하고자 하는 측정 대상물의 단면을 절단하여 주사전자현미경(SEM,scanning electron microscope)으로 검사하는 방법 등이 있다. Conventional methods for inspecting the processing or manufacturing state of ultrafine electronic components such as via holes in wafers include an optical measuring method for measuring the shape, thickness, and position by irradiating light to a measurement object to be measured, And a method of inspecting with a scanning electron microscope (SEM).
종래의 광학적 측정 방법 중 공초점 현미경(confocal microscope)을 이용한 측정법은 측정 대상물의 측면과 바닥면에서의 난반사 때문에 깊이 측정 오차가 심하여 정확한 깊이 판정이 곤란하고, 백색광 간섭계(white-light scanning interferometer)를 이용한 측정법은 빛이 측정 대상물의 바닥면까지 도달하지 못하거나, 측정 대상물의 표면 형상에 굴곡이 형성된 경우, 상기 굴곡에서 생기는 회절 현상으로 인해 정확한 측정 대상물의 두께, 위치, 표면 및 내면 형상을 측정하기 어려운 점이 있었다.Among the conventional optical measuring methods, a confocal microscope measurement method is difficult to accurately determine the depth due to a large error in depth measurement due to irregular reflection on the side and bottom of the measurement object, and a white-light scanning interferometer The measuring method used is to accurately measure the thickness, position, surface and inner shape of the measuring object due to the diffraction phenomenon occurring in the bending when the light does not reach the bottom surface of the measuring object or when the surface shape of the measuring object is curved There was a difficult point.
또한, 주사전자주사현미경(SEM)을 이용한 방법은 측정 대상물을 손상시키는 단점이 있고, 따라서 반도체 패키징 공정에서 웨이퍼 전수 검사 등에 이용될 수 없었다.In addition, the method using a scanning electron microscope (SEM) has a disadvantage of damaging an object to be measured, and thus can not be used for wafer full water inspection or the like in a semiconductor packaging process.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 측정 대상물을 손상시키지 않고, 측정 대상물의 위치, 표면 형상, 내면 형상, 두께 등을 정확하게 측정할 수 있는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for real time measurement using a comb generation and detection device capable of accurately measuring a position, a surface shape, A spectroscopic interference measuring apparatus and a measuring method.
본 발명의 다른 목적은 또한 측정 대상물의 위치, 표면 형상, 내면 형상, 두께 특히 웨이퍼의 비아홀의 깊이를 고속으로 고해상도로 측정할 수 있는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a real-time spectral interference measurement apparatus and a measurement method using a comb generation and detection apparatus capable of measuring a position, a surface shape, an inner shape, and a thickness of a measurement object, .
본 발명의 또 다른 목적 중 하나는 외부 진동으로 인한 측정 노이즈를 줄일 수 있는 측정 대상물의 위치, 표면 형상, 내면 형상, 두께 등을 측정할 수 있는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a real-time spectroscopic interference measuring apparatus using a comb generation and detection apparatus capable of measuring a position, a surface shape, an inner shape, and a thickness of a measurement object, And to provide a measurement method.
본 발명의 또 다른 목적 중 하나는 광원으로부터 출력된 적외선 영역의 광대역 주파수 광을 광대역 광 주파수 빗으로 변환함에 있어, 패브리- 페로 필터를 사용하여 비용을 절감함과 동시에, 주파수 모드 간격 조절이 가능한 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치를 이용한 측정 장치 및 측정 방법을 제공함을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for converting broadband frequency light of an infrared region output from a light source into a broadband optical frequency comb by using a Fabry-Perot filter, And to provide a measurement apparatus and a measurement method using the real-time spectroscopic interference measurement apparatus using the generation and detection apparatuses.
본 발명의 또 다른 목적 중 하나는 간섭계에 삼각 기둥 형상의 제1프리즘과 역삼각 기둥형상의 제2프리즘으로 형성된 분광기를 포함하여, 분광된 간섭 신호의 파장간 간격을 일정하게 하여, 검출기의 픽셀의 교정이 요구되지 않는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치 및 측정 방법을 제공함을 목적으로 한다.
Another object of the present invention is to provide an interferometer including a spectroscope including a first prism having a triangular prism shape and a second prism having an inverted tetragonal prism shape so that the interval between wavelengths of the spectroscopic interference signal is constant, And it is an object of the present invention to provide a real-time spectral interference measurement apparatus and a measurement method using a comb-generation and detection apparatus which does not require calibration of a real-time spectral interference measurement apparatus.
본 발명의 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치는 광원부와 상기 광원부로부터 생성된 광을 측정 대상물에 조사하여 상기 측정 대상물로부터 반사된 빛의 간섭 신호로부터 측정 대상물의 표면 형상, 측정 대상물의 내면 형상, 측정 대상물의 두께, 측정 대상물의 위치 중 적어도 하나를 측정하는 간섭계를 포함하는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치에 있어서, 상기 광원부는 광원으로부터 출력된 적외선 영역의 광대역 주파수 광을 광대역 광 주파수 빗 (broad mode spacing of the optical comb)으로 변환하는 패브리-페로 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다. A real-time spectroscopic interference measuring apparatus using a comb-forming and detecting apparatus according to the present invention irradiates light to a measurement object from a light source and light generated from the light source to measure the surface shape of the measurement object, A real-time spectral interference measurement apparatus using a comb-generation and detection apparatus including an interferometer for measuring at least one of an inner surface shape, a thickness of a measurement object, and a position of a measurement object, wherein the light source unit comprises: And a Fabry-Perot filter that converts the optical signal into a broad mode spacing of the optical comb.
또한, 상기 간섭계는 상기 패브리-페로 필터로부터 출력되는 광을 평행광으로 변환하는 시준렌즈와 상기 시준렌즈를 통해 변환된 평행광 중 일부는기준광으로 나머지는 측정광으로 분배하여, 각각 기준면과 측정면으로 분배하는 광분배기와 상기 기준면에서 반사된 기준광과 상기 측정면에서 반사된 측정광이 상호 중첩되어 간섭된 간섭 신호를 검출하는 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다. The interferometer may further include a collimator lens for converting the light output from the Fabry-Perot filter into parallel light, a part of the collimated light converted through the collimator lens as reference light, and the remaining part as measurement light, And a detector for detecting an interfering signal that is superimposed on the reference light reflected from the reference surface and the measurement light reflected from the measurement surface, thereby interfering with each other.
또한, 상기 기준면은 측정 대상물의 표면이며, 상기 측정면은 측정 대상물의 내면이거나, 상기 기준면은 기준미러의 표면이며, 상기 측정면은 측정 대상물의 표면 또는 내면인 것을 특징으로 한다. The reference surface may be a surface of the measurement object, the measurement surface may be an inner surface of the measurement object, the reference surface may be a surface of the reference mirror, and the measurement surface may be a surface or an inner surface of the measurement object.
또한, 상기 간섭계는 상기 간섭신호를 각 파장 또는 각 주파수에 따라 분광하는 분광기(spectrometer)와 상기 분광기와 상기 검출기 사이에 배치되어, 상기 분광기의 파장 분해능을 향상시키는 핀홀 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The interferometer further includes a spectrometer for spectroscopically analyzing the interference signal according to each wavelength or each frequency, and a pinhole array disposed between the spectroscope and the detector for improving the wavelength resolution of the spectroscope. do.
또한, 상기 분광기는 프리즘 분광기로, 삼각 기둥 형상의 프리즘으로 형성되거나, 삼각 기둥 형상의 제1프리즘과 역삼각 기둥 형상의 제2프리즘이 연속적으로 배치되어 형성되는 것을 특징으로 한다. The spectroscope is a prism spectroscope and is formed of a triangular prism or a prism having a triangular prism shape and a second prism having an inverted triangular prism shape.
또한, 상기 분광기는 간섭신호를 회절격자로 회절시켜 상기 간섭신호를 각 파장 성분에 따라 분광하는 회절격자 분광기인 것을 특징으로 한다. The spectroscope is a diffraction grating spectroscope that diffracts an interference signal into a diffraction grating and splits the interference signal according to each wavelength component.
또한, 상기 패브리-페로 필터 전방에는 상기 패브리-페로 필터에 의해 생성된 상기 광대역 광 주파수 빗의 광량을 증폭하는 광증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The optical fiber amplifier further includes an optical amplifier for amplifying a light amount of the broadband optical frequency comb generated by the Fabry-Perot filter in front of the Fabry-Perot filter.
또한, 상기 광원부가 생성하는 상기 광대역 주파수 빗은 반복률이 1kHz내지 100 GHz 이고, 대역폭이 0.1 nm에서 2000 nm인 것을 특징으로 한다. In addition, the broadband frequency comb generated by the light source unit has a repetition rate of 1 kHz to 100 GHz and a bandwidth of 0.1 to 2000 nm.
본 발명에 따른 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 방법은The real-time spectral-type interference measurement method using the comb generation and detection apparatus according to the present invention
패브리-페로 필터를 이용하여 광원으로부터 출력된 적외선 영역의 광대역 주파수 광을 광대역 광 주파수 빗 (broad mode spacing of the optical comb)으로 변환하는 광대역 광 주파수 빗 변환 단계와 상기 광대역 광 주파수 빗 중 일부를 기준광으로 하여 측정 대상물의 표면에서 반사되게 하고, 나머지를 측정광으로 하여 상기 측정 대상물의 내면에서 반사되게 하여, 상기 기준광과 측정광이 상호 중첩되어 간섭된 간섭신호를 형성하는 간섭신호 형성 단계와 상기 간섭신호를 분광시키는 단계와 상기 분광된 간섭신호를 핀홀 어레이의 구멍으로 투과시켜 상기 분광된 간섭신호의 파장 분해능을 향상시키는 단계와 상기 파장 분해능이 향상된 간섭신호를 검출하는 단계를 통해 측정 대상물의 두께, 내면 형상 중 적어도 하나를 측정하는 것을 특징으로 한다. A broadband optical frequency comb conversion step of converting a broadband frequency light of an infrared region outputted from a light source into a broad mode spacing of the optical comb using a Fabry-Perot filter, and a step of converting a part of the broadband optical frequency comb into a reference light An interference signal forming step of causing an interference signal to be superimposed on the reference light and the measurement light by causing the interference light to be reflected from the surface of the measurement object and reflecting the remaining light as measurement light on the inner surface of the measurement object, A step of splitting the signal and a step of transmitting the spectroscopic interference signal to the hole of the pinhole array to improve the wavelength resolution of the spectroscopic interference signal and the step of detecting the interference signal with improved wavelength resolution, And at least one of the inner surface shape is measured.
본 발명의 본 발명에 따른 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 방법은 패브리-페로 필터를 이용하여 광원으로부터 출력된 적외선 영역의 광대역 주파수 광을 광대역 광 주파수 빗 (broad mode spacing of the optical comb)으로 변환하는 광대역 광 주파수 빗 변환 단계와 상기 광대역 주파수 빗 중 일부를 기준광으로 하여 상기 기준미러의 표면에서 반사되게 하고, 나머지를 측정광으로 하여 상기 측정 대상물의 표면에서 반사되게 하여, 상기 기준광과 측정광이 상호 중첩되어 간섭된 간섭신호를 형성하는 단계와 상기 간섭신호를 분광시키는 단계와 상기 분광된 간섭신호를 핀홀 어레이의 구멍으로 투과시켜 상기 분광된 간섭신호의 파장 분해능을 향상시키는 단계와 상기 파장 분해능이 향상된 간섭신호를 검출하는 단계를 통해 측정 대상물의 위치, 표면 형상 중 적어도 하나를 측정하는 것을 특징으로 한다. A real-time spectroscopic interference measurement method using a comb-generation and detection apparatus according to the present invention is a method of measuring broadband frequency light in an infrared region outputted from a light source using a Fabry-Perot filter, using a broad mode spacing of the optical comb ) And a part of the wideband frequency comb is reflected from the surface of the reference mirror, and the remaining part of the broadband frequency comb is reflected from the surface of the measurement object as measurement light, Measuring interference light to form an interference signal; splitting the interference signal; transmitting the split interference signal to a hole of a pinhole array to improve a wavelength resolution of the spliced interference signal; The step of detecting the interference signal with the improved wavelength resolution capability, And the surface shape of the substrate.
본 발명의 본 발명에 따른 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 방법은 패브리-페로 필터를 이용하여 광원으로부터 출력된 적외선 영역의 광대역 주파수 광을 광대역 광 주파수 빗 (broad mode spacing of the optical comb)으로 변환하는 광대역 광 주파수 빗 변환 단계와 상기 광대역 주파수 빗 중 일부를 기준광으로 하여 기준미러의 표면에 조사되어 반사되도록 하고, 상기 광대역 광 주파수 빗 중 일부를 기준광으로 하여 측정 대상물의 표면에서 반사되게 하고, 나머지를 측정광으로 하여 상기 측정 대상물의 표면과 내면에서 반사되게 하여, 상기 기준광과 측정광이 상호 중첩되어 간섭된 간섭신호를 형성하는 단계와 상기 간섭신호를 분광시키는 단계와 상기 분광된 간섭신호를 핀홀 어레이의 구멍으로 투과시켜 상기 분광된 간섭신호의 파장 분해능을 향상시키는 단계와 상기 파장 분해능이 향상된 간섭신호를 검출하는 단계를 통해 측정 대상물의 표면 형상과 내면 형상을 동시에 측정하는 것을 특징으로 한다.
A real-time spectroscopic interference measurement method using a comb-generation and detection apparatus according to the present invention is a method of measuring broadband frequency light in an infrared region outputted from a light source using a Fabry-Perot filter, using a broad mode spacing of the optical comb ) And a part of the wide-band frequency comb as a reference light to be reflected on the surface of the reference mirror and to be reflected on the surface of the measurement object with a part of the broadband optical frequency comb as a reference light And the remaining light is reflected by the surface and the inner surface of the measurement object to form an interference signal by overlapping the reference light and the measurement light, A signal is transmitted through the hole of the pinhole array to generate a wave of the spectroscopic interference signal Wherein the surface shape and the inner surface shape of the measurement object are simultaneously measured through the step of improving the long-wavelength resolution and the step of detecting the interference signal with improved wavelength resolution.
상기와 같은 본 발명의 수단에 의하면, 측정 대상물의 표면 형상, 측정 대상물의 내면 형상, 측정 대상물의 두께, 측정 대상물의 위치를 정확히 측정할 수 있는 효과가 있다.According to the above means of the present invention, it is possible to accurately measure the surface shape of the measurement object, the inner surface shape of the measurement object, the thickness of the measurement object, and the position of the measurement object.
본 발명의 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치 및 측정 방법에 의하면, 측정 분해능이 향상되며 펄스 폭이 짧은 펄스를 이용함으로써 신호/노이즈 비가 높은 효과가 있다.According to the real-time spectroscopic interference measuring apparatus and method using the comb-generation and detection apparatus of the present invention, measurement resolution is improved and a signal / noise ratio is high by using a pulse having a short pulse width.
본 발명의 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치 및 측정 방법은 비파괴 방식으로 측정 대상물인 초미세 전자부품 특히, 실리콘 웨이퍼의 비아홀의 불량여부를 고속으로 정확히 확인할 수 있으므로 3D 반도체 패키징 공정에서의 활용도가 우수하고, 반도체 패키지의 수율이 향상되며, 기계진동이 측정 품질에 미치는 영향이 최소화된다.The real-time spectroscopic interference measuring apparatus and method using the comb-forming and detecting apparatus of the present invention can accurately confirm whether or not a defect of a microelectronic component, particularly a via hole of a silicon wafer, to be measured at a high speed can be accurately detected in a non-destructive manner. The yield of the semiconductor package is improved, and the influence of the mechanical vibration on the measurement quality is minimized.
본 발명의 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치 및 측정 방법은 패브리-페로 필터를 이용함으로써, 광원부에서 출력되는 광대역 광 주파수 빗의 주파수 모드 간격을 조절할 수 있어, 검출기 종류에 제약 받지 않는 효과가 있다. The real-time spectroscopic interference measuring apparatus and method using the comb-generating and detecting apparatus of the present invention can adjust the frequency mode interval of the broadband optical frequency comb outputted from the light source unit by using the Fabry-Perot filter, It is effective.
본 발명의 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치 및 측정 방법은 삼각 기둥 형상의 제1프리즘과 역삼각 기둥 형상의 제2프리즘으로 형성된 분광기를 통해 분광 파장간 간격이 균일되는바, 검출기의 픽셀의 교정이 요구되지 않아, 측정 시간이 단축되고, 제조비용이 감소되는 효과가 발생된다.
In the real-time spectroscopic interference measuring apparatus and method using the comb-generating and detecting apparatus of the present invention, the spectroscopic wavelength intervals are uniform through the spectroscope formed of the first prism having the triangular prism shape and the second prism having the inverted truncated columnar shape, It is not required to calibrate the pixels of the pixels, thereby shortening the measurement time and reducing the manufacturing cost.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치를 실리콘 웨이퍼의 배면에 적용한 구성도.
도 2는 도 1의 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치를 이용하여 비아홀의 깊이와 지름을 측정할 때 빛의 반사 경로를 도시한 모식도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치의 구성도
도 4는 본 발명의 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치의 또 다른 실시예의 구성도
도 5은 본 발명의 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치에 포함된 패브리-패로 필터의 구성도.
도 6a은 본 발명의 패브리-패로 필터에서 생성된 레이저 펄스를 주파수 도메인으로 나타낸 도면.
도 6b는 본 발명의 패브리-패로 필터에서 생성된 레이저 펄스를 파장 도메인으로 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 프리즘 분광기 및 핀홀 어레이의 동작을 나타낸 도면
도 8은 본 발명에 따른 회절격자 분광기 및 핀홀 어레이의 동작을 나타낸 도면BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a real-time spectroscopic interference measuring apparatus using a comb-generating and detecting apparatus according to an embodiment of the present invention applied to a back surface of a silicon wafer. FIG.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a reflection path of light when a depth and a diameter of a via hole are measured using a real-time spectroscopic interference measuring apparatus using the comb-forming and detecting apparatus of FIG.
3 is a block diagram of a real-time spectral interference measurement apparatus using a comb-generation and detection apparatus according to another embodiment of the present invention
4 is a block diagram of another embodiment of the real-time spectral interference measuring apparatus using the comb-generation and detection apparatus of the present invention
5 is a configuration diagram of a Fabry-Perot filter included in a real-time spectral interference measurement apparatus using a comb generation and detection apparatus of the present invention.
6A is a frequency domain representation of a laser pulse generated in a Fabry-Perot filter of the present invention.
FIG. 6B shows the laser pulse generated in the Fabry-Perot filter of the present invention in the wavelength domain. FIG.
7 is a diagram illustrating the operation of the prism spectroscope and the pinhole array according to the present invention;
8 is a view showing the operation of the diffraction grating spectroscope and the pinhole array according to the present invention;
이하, 본 발명에 따른 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a real-time spectroscopic interference measuring apparatus using a comb-generating and detecting apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
측정 대상물은 일정 두께를 갖는 물체로, 제1면과 제2면을 갖는바, 본 발명에서는 광원에서 조사된 빛이 제일 먼저 도달된 면을 측정 대상물의 표면으로 지칭하기로 하며, 광원에서 조사된 빛이 나중에 도달되는 면을 측정 대상물의 내면으로 지칭하기로 한다. The object to be measured is an object having a predetermined thickness and has a first surface and a second surface. In the present invention, the surface on which the light firstly arrives from the light source is referred to as the surface of the object to be measured, And the surface on which the light is later to reach is referred to as the inner surface of the measurement object.
본 발명에 따른 콤 생성 장치는 광대역 광 주파수 빗 (broad mode spacing of the optical comb)을 생성하는 장치로, 광원(11)에서 생성된 적외선 또는 근적외선 영역의 광대역 주파수 광을 광대역 광 주파수 빗으로 변환하는 장치이다. 특히, 본 발명에서는 상기 콤 생성 장치로 기존의 팸토 초 레이저 대신, 패브리- 페로 필터(12)에 의해 광대역 광 주파수 빗 (broad mode spacing of the optical comb)이 생성된다. The comb generating apparatus according to the present invention generates a broad mode spacing of the optical comb and converts the broadband frequency light in the infrared or near infrared region generated by the
또한, 본 발명에 따른 콤 검출장치는 상기의 광대역 광 주파수 빗을 측정 대상물(100)에 조사하여 측정 대상물(100)로부터 반사된 빛의 간섭신호를 검출하는 장치로, CCD 카메라가 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 상기 콤 검출장치는 간섭신호를 각 파장에 따라, 또는 각 주파수에 따라 분광하는 분광기(25)를 더 포함할 수 있다. 또한, 더욱 바람직하게는 상기 콤 검출장치는 검출기(23), 분광기(25)와 함께, 분광기(25)의 파장 분해능을 향상시키도록 핀홀 어레이(26)를 더 포함한다. The comb detection apparatus according to the present invention is an apparatus for detecting an interference signal of light reflected from a
본 발명의 일 실시예에 의한 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치는 측정 대상물에서 반사되는 빛의 간섭 현상을 이용하여 측정 대상물의 표면 형상, 측정 대상물의 내면 형상, 측정 대상물의 두께, 측정 대상물의 위치 등을 측정하는 것이다. A real-time spectroscopic interference measuring apparatus using a comb-forming and detecting apparatus according to an embodiment of the present invention can measure a surface shape of an object to be measured, an inner surface shape of a measurement object, a thickness of a measurement object, The position of the object to be measured, and the like.
특히, 실리콘 웨이퍼에 형성된 비아홀 바닥의 경계면(이하, 바닥면이라 함)에서 반사되는 빛의 간섭현상을 이용하여 비아홀의 깊이와 지름을 측정할 수 있다. 반도체용 실리콘 웨이퍼는 매우 균일하게 결정이 형성되는 단결정 구조이므로 빛은 단일 매질인 실리콘 웨이퍼를 통과할 때 매질의 중간에서는 굴절되지 않게 되며, 이에 따라 비아홀 바닥의 경계면과 웨이퍼 전면 또는 배면의 외부 경계면으로부터 반사된 빛으로부터 비아홀의 깊이에 대한 정보를 얻을 수 있는 것이다.Particularly, the depth and diameter of the via hole can be measured by using the interference phenomenon of light reflected from the interface of the bottom of the via hole formed on the silicon wafer (hereinafter referred to as the bottom surface). Since the silicon wafer for semiconductor is a single crystal structure in which crystals are formed in a very uniform manner, light is not refracted in the middle of the medium when passing through a silicon wafer as a single medium. Thus, the interface between the bottom surface of the via hole and the outer boundary surface It is possible to obtain information on the depth of the via hole from the reflected light.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치를 이용한 측정 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 광원부(1)와 간섭계(2)를 포함한다. 상기 광원부(1)는 광원(11)으로부터 출력된 적외선 영역의 광대역 주파수 광을 광대역 광 주파수 빗(comb)으로 변환하는 생성하는 패브리-페로 필터(12)를 포함한다.A measuring apparatus using a real-time spectral interference measuring apparatus using a comb-forming and detecting apparatus according to a preferred embodiment of the present invention includes a
또한, 바람직하게 상기 패브리-페로 필터(12)에 의해 생성된 상기 광대역 적외선 광을 간섭계(2)에 적용하기 충분한 광량이 되도록 증폭하는 증폭기(13)를 더 포함할 수 있다.Further, it may further include an
상기 광원(11)은 적외선 혹은 근적외선 영역의 단일 파장의 광을 생성하는 초발광다이오드 (SLD: Super-Luminescent Diode), LED, DFB레이저(Distributed Feed Back laser) 중 어느 하나일 수 있다. The
바람직하게 상기 광원(11)은 적외선 혹은 근적외선 영역의 단일 파장의 광을 생성하는 초발광다이오드가 바람직하다. 초발광다이오드는 레이저에 비해 간섭 길이(coherency length)가 짧고 낮은 동작 전류에서 높은 이득을 갖는 장점이 있다.Preferably, the
도 5는 패브리-페로 필터(12)를 도시한 것이며, 도 6은 상기 패브리-페로 필터(12)에 의해 생성된 광대역 광 주파수 빗이다. 도 5을 참조하면, 패브리-페로 필터(12)는 2개의 평행한 구면 거울(12a, 12b)로 구성된다. 이 패브리- 페로 필터(12)는 반사율이 큰 2개의 평행한 구면 거울(12a, 12b)을 서로 마주보게 하여 공동(cavity)를 형성하며, 상기 공동에서 발생한 광파가 거울에 반사된 광파와 간섭을 일으켜 특정 파장의 광파만 남고 나머지는 상쇄되는 필터다. FIG. 5 shows a Fabry-
상기 패브리-페로 필터(12)는 일종의 주파수 발생기로, 그에 의해 생성되는 광대역 레이저 펄스의 반복률(repetition rate)은 기준클럭(Rb-reference clock)에 잠금되어 안정화되어 있다. The Fabry-
도 6a은 위 패브리-페로 필터(12)에 의해 발생된 광대역 광 주파수 빗을 주파수 도메인으로 나타낸 것이다. 본 발명의 패브리- 페로 필터(12)에 조사되는 광은 적외선 혹은 근적외선 영역의 광으로, 상기 적외선 영역의 광이 상기 패브리- 페로 필터(12)를 통과하는 경우, 도 6a과 같은 광대역 광 주파수 빗(broad mode spacing of the optical comb)을 형성한다. 상기 패브리-페로 필터(12)에 의해 형성된 빛이 광대역 광 주파수 빗이므로, 빛이 스펙트럼별로 시간차이를 두고 나가도록 할 필요가 없어 측정 시간이 단축되고, 비용이 감소되는 장점이 있다. 6A shows the broadband optical frequency comb generated by the upper Fabry-
이러한 광대역 광 주파수 빗은 주파수 도메인에서 중심 주파수를 중심으로 일정 간격으로 잘 정의된 주파수 성분들로 표현되며, 시간 도메인 영역에서 볼 때는 여러 주파수 성분을 포함한 레이저 펄스가 일정한 주기로 반복되는데 일반적으로 이를 펄스 레이저라 한다. 이와 같이 광 주파수 빗을 형성한 펄스 레이저는 여러 주파수 성분을 가지나 동시에 각 주파수 성분이 매우 잘 정의되고 안정화되어 있어, 간섭 신호의 주기 분석 측면에서 유리하여 측정 대상물(100)의 두께, 내면 형상을 측정하는 경우, 정밀도가 향상된다. 특히 실리콘 웨이퍼의 비아홀(100a)의 깊이를 측정하는 경우, 측정의 정밀도가 보다 향상된다.These broadband optical frequency combs are represented by well-defined frequency components at regular intervals around the center frequency in the frequency domain. In the time domain, laser pulses containing various frequency components are repeated at regular intervals. do. The pulsed laser having the optical frequency comb has a plurality of frequency components, but each frequency component is well defined and stabilized. Therefore, the pulse laser is advantageous in terms of periodic analysis of the interference signal, thereby measuring the thickness and the inner surface shape of the
도 5과 도 6a를 계속 참조하면, 본 발명의 패브리-페로 필터(12)의 제1구면 거울(12a)과 제2구면 거울(12b) 사이의 간격을 공진기 길이(cavity length)(L)라 한다. 상기 공진기 길이(L)과 주파수 모드 간격(D1)사이에는 다음과 같은 수식이 성립한다. 5 and 6A, the gap between the first spherical mirror 12a and the second spherical mirror 12b of the Fabry-
따라서, 상기 공진기 길이(L)가 길어질수록 주파수 모드 간격(D1)이 좁아지는 특징이 있다. Therefore, the longer the resonator length L is, the narrower the frequency mode interval D1 is.
또한, 도 6b를 참조하면, 파장 도메인에서 특정 파장 사이의 간격을 파장 모드 간격(D2)라 하며, 상기 공진기 길이(L)를 조절하면, 상기 파장 모드 간격(D2) 또한 조절되어 원하는 파장 모드 간격(D2)을 갖는 광대역 적외선 광을 생성할 수 있다. 6B, the interval between specific wavelengths in the wavelength domain is referred to as a wavelength mode interval D2. When the length L of the resonator is adjusted, the wavelength mode interval D2 is also adjusted, (D2). ≪ / RTI >
검출기(23)는 종류에 따라 파장 모드 간격이 긴 간섭신호까지 검출할 수 있는 것과 파장 간격이 짧은 간섭신호만 검출할 수 있는 것으로 나뉜다. 예컨대 통상적으로 이용되는 검출기(23)는 파장 모드 간격(D2)이 0.02 nm인 간섭신호를 검출할 수 있다. 파장 간격이 0.02 nm 인 간섭신호를 검출할 수 있는 검출기(23)의 경우, 파장 간격이 0.02 nm 이상인 간섭신호는 검출할 수 있으나, 0.02 nm 를 미만인 파장 간격을 갖는 간섭신호는 검출할 수 없다. The
따라서, 본 발명의 패브리- 페로 회로(12)를 통하여, 간섭신호의 주파수 모드 간격(D1) 또는 파장 모드 간격(D2)를 조절하는 경우, 검출기(23)의 픽셀수에 따라 원하는 간섭파장 간격을 형성할 수 있는바, 검출기(23)의 픽셀수에 제한되지 않는 장점이 있다. Therefore, when the frequency mode interval D1 or the wavelength mode interval D2 of the interference signal is adjusted through the Fabry-
기존의 광주파수 발생기로 이용되는 펨토 초 레이저는 고가일 뿐만 아니라 검출기(23)의 픽셀수가 많은 경우, 간섭신호의 검출이 가능하나, 검출기(23)의 픽셀수가 적은 경우, 간섭신호를 검출할 수 없는 단점이 있었다. 이에 비해 본 발명의 패브리-페로 필터(12)는 검출기(23)의 종류에 따라 원하는 파장 간격(D2)을 갖는 간섭신호를 생성할 수 있는 바, 검출기(23)의 픽셀수에 따른 검출기(23) 사양의 제한이 없는 장점이 있다.The femtosecond laser used as a conventional optical frequency generator is not only expensive but also capable of detecting an interference signal when the number of pixels of the
상기 패브리-페로 필터(12)에 의해 발생되는 광대역 광 주파수 빗 (broad mode spacing of the optical comb)은 반복률이 수 kHz내지 수백 GHz 이고, 대역폭이 수 nm내지 수백 nm인 스펙트럼의 광대역 빛이고, 바람직하게는 반복률이 1 kHz내지 100 GHz 이고, 대역폭이 0.1 nm에서 2000 nm이다.The broad mode spacing of the optical comb generated by the Fabry-
상기와 같이 구성된 광원부(1)에 의해 조사되는 빛은 대역폭이 넓어 위상천이(phase shifting) 없이도 광로차(optical path difference)를 얻을 수 있게 하기 위한 것이다.The light irradiated by the
간섭계(2)는 하나의 광원(11)으로부터 조사된 광을 둘 또는 그 이상으로 나누어 광로차(光路差)를 갖도록 하여 다시 파면(波面)을 중첩할 때 생기는 간섭을 관측하는 장치를 이용한 측정기로, 상기 간섭계(2)는 패브리-페로 필터(12)로부터 출력되는 광을 평행광으로 변환하는 시준렌즈(21)와 상기 시준렌즈(21)를 통해 변환된 평행광 중 일부는 기준광으로 나머지는 측정광으로 분배하여, 각각 기준면과 측정면으로 분배하는 광분배기(22)와 상기 기준면에서 반사된 기준광과 상기 측정면에서 반사된 측정광이 상호 중첩되어 간섭된 간섭 신호를 검출하는 검출기(23)를 포함하여 구성된다. The
도 1 및 도 3 내지 5의 간섭계(2)는 분광기(25)를 더 포함하여, 상기의 간섭신호를 각 파장 성분에 따라 분광할 수 있다. 분광기는 빛의 스펙트럼을 계측하는 장치로서, 간섭분광기, 프리즘 분광기, 회절격자 분광기 등이 있다.The
바람직하게 본 발명의 분광기(25)는 프리즘 분광기로 삼각기둥 형상의 프리즘으로 형성된 분광기일 수 있으며, 바람직하게 도 5의 제1프리즘(25a)과 제2프리즘(25b)이 연속으로 형성된 분광기(25)일 수 있다. 도 5에 도시된 분광기(25)는 제1프리즘(25a)과 제2프리즘(25b)이 연속되어 형성되며, 상기 제1프리즘(25a)은 간섭 신호를 처음 입력받는 프리즘으로, 삼각기둥 형상으로 형성되며, 상기 제2프리즘(25b)은 제1프리즘(25a)을 통과한 간섭 신호를 입력받는 프리즘으로 역삼각기둥 형상으로 형성된다. 상기 제1프리즘(25a)은 간섭 신호를 각 파장에 따라 서로 다른 편각을 갖도록 분광하며, 상기 제2프리즘(25b)은 서로 다른 편각을 갖도록 분광된 파장들을 같은 편각을 갖는 파장들로 분광한다. Preferably, the
삼각기둥 형상의 프리즘으로만 구성된 프리즘 분광기를 사용하여 간섭 신호를 분광하는 경우, 주파수에 따라 서로 다른 편각을 갖도록 분광되어 분광 주파수간 간격이 일정하지 않기 때문에, 검출기 픽셀(23a)의 교정이 요구되며, 분광 파장의 범위를 알기 어렵다.When the interference signal is spectroscopically separated using a prism spectrometer composed of a prism having a triangular prism shape, since the interval between the spectroscopic frequencies is not uniform due to the spectroscopic characteristics having different angles depending on the frequency, correction of the detector pixel 23a is required , It is difficult to know the range of the spectral wavelength.
이에 비해, 삼각기둥 형상의 제1프리즘(25a)과 연속으로 역삼각기둥 형상의 제2프리즘(25b)으로 형성된 프리즘 분광기는 간섭 신호의 분광 파장간 간격이 균일해지고, 검출기 픽셀(23a)의 교정이 요구되지 않으며 분광 파장의 범위를 알 수 있는 장점이 있다. On the other hand, in the prism spectrometer formed by the
또한 본 발명에 이용되는 분광기(25)는 간섭신호를 회절격자로 회절시켜 간섭신호를 파장 성분에 따라 분광하는 회절격자 분광기(25c)일 수도 있다. 상기 회절격자 분광기(25c)는 회절격자에 간섭신호를 입사시켜 상기 간섭신호를 파장 별로 분광시킨다. 상기 회절격자 분광기의 회절격자는 균일한 평면 회절격자로 구현될 수 있다. 이때 회절격자 분광기는 저가이며 소형인 장점이 있다. 또한, 상기 회절격자 분광기에 입사되어 분광되는 광원은 점광원 뿐만 아니라 입력슬릿의 광도 가능한바, 상기 입력 슬릿의 광을 미도시된 시준렌즈 등에 의해 평행광으로 변환시켜 회절격자로 분광 회절 시키는 경우, 점(spot) 단위가 아닌 면 단위로 분광할 수 있어 분광 속도가 매우 증가되는 장점이 있다. Further, the
상기 회절격자 분광기(26c)의 성능은 회절격자의 크기를 증가시켜 격자선 수를 증가시키거나 격자밀도를 높여 증가시킬 수 있다. 그러나, 격자밀도를 높이는 것은 고도의 정밀기술을 필요로 하며, 회절격자의 크기를 증가시키는 경우 제조비용이 기하급수적으로 증가된다. The performance of the diffraction grating spectrometer 26c can be increased by increasing the size of the diffraction grating to increase the number of grating lines or to increase the grating density. However, increasing the grating density requires a high degree of precision, and the manufacturing cost is exponentially increased when the size of the diffraction grating is increased.
바람직하게, 본 발명의 분광기(25)의 주파수 분해능을 향상시키기 위해 분광기(25)와 검출기(23) 사이에 핀홀 어레이(26)를 더 포함할 수 있다. 분광기(25)에서 분광된 간섭신호가 핀홀 어레이(26)의 각 구멍으로만 투과되도록 한다. 핀홀 어레이(26)의 각 구멍만으로 분광된 간섭신호가 투과되는 경우, 각 픽셀(23a)당 도달되는 간섭신호의 면적이 좁아져 파장 분해능이 높아지게 된다. 따라서, 상기의 회절격자 분광기의 성능을 높이고자 회절격자의 크기를 증가시키거나, 격자밀도를 높이지 않아도 되므로, 제조비용이 감소된다. Preferably, a
또한 파장과 주파수와의 관계는 하기의 수학식과 같으므로, 파장성분 값을 주파수 성분 값으로 바꿀 수 있다. 따라서, 상기의 분광기(25)로부터 간섭신호를 각 파장에 따라 분광할 수 있을 있으며, 하기의 식을 이용하여, 간섭신호를 각 주파수에 따라 분광할 수 있다. Since the relationship between the wavelength and the frequency is the same as the following equation, the wavelength component value can be changed to the frequency component value. Therefore, it is possible to spectroscope the interference signal from the
빛의 속도= 주파수 * 파장Speed of Light = Frequency * Wavelength
도 1을 참조하면, 상기 광원부(1)는 상기 간섭계(2)로 빛을 조사하며, 상기 간섭계(2)는 광원부(1) 중 패브리- 페로 필터로부터 조사된 빛 중 일부를 기준광으로, 나머지를 측정광으로 분배하여 각각 기준면과 측정면으로 조사한다. 상기 기준면에서 반사된 기준광과 상기 측정면에서 반사된 측정광이 간섭된 간섭 신호를 검출하여, 신호로부터 측정 대상물의 표면 형상, 측정 대상물의 내면 형상, 측정 대상물의 두께, 측정 대상물의 위치 중 적어도 하나를 측정한다.1, the
도 1을 계속 참조하면, 간섭계(2)는 광원부(1)와 측정 대상물(100) 사이에 배치된다. 특히, 상기 간섭계(2)는 실리콘 웨이퍼의 비아홀(100a)이 형성된 면인 웨이퍼 전면(101) 또는 그 반대면인 배면(102)에 대향되게 설치될 수 있다. 광원(11)으로부터 조사되는 빛이 실리콘 웨이퍼를 투과하여 비아홀(100a)의 바닥면이나 웨이퍼의 전면 또는 배면에서 반사되고 상호 간섭된 빛을 감지할 수 있다. With continued reference to Fig. 1, the
이렇게 구성된 간섭계(2)는 측정면으로부터 반사된 측정광과 비교하기 위한 기준광이 요구된다. 이때, 기준면을 측정 대상물(100)의 표면(101)으로 하고, 측정면은 측정 대상물의 내면(102)으로 할 수 있다. 따라서, 상기 기준광은 측정 대상물(100)의 표면(101)에서 반사되는 광으로 정의하고, 측정 대상물(100)의 내면(102)에서 반사되는 광을 측정광으로 하여, 상기 기준광과 측정광이 상호 간섭되어 형성된 간섭 신호를 통해 측정 대상물(100)의 내면 형상을 측정할 수 있다. The
예컨대 웨이퍼의 표면(101)으로부터 반사되는 빛을 기준광으로 정의하고, 이 기준광과 웨이퍼의 내면(102)으로부터 반사되는 빛을 측정광으로 정의하여, 상기 기준광과 측정광의 간섭 신호를 측정하여 웨이퍼의 내면 형상을 측정할 수 있으며, 특히 실리콘 웨이퍼(100)에 형성된 비아홀(100a)의 깊이를 측정할 수 있다For example, light reflected from the surface 101 of the wafer is defined as a reference light, and light reflected from the reference light and the inner surface 102 of the wafer is defined as measurement light, and the interference signal between the reference light and measurement light is measured, The depth of the via
이렇게 웨이퍼의 표면(101)에서 반사된 측정광을 기준광으로 사용함으로써 후술하는 기준미러(24)를 설치하였을 때 발생될 수 있는 기준광의 오차를 줄일 수 있다. 즉, 웨이퍼(100)가 흔들려도 기준광은 흔들리는 웨이퍼(100)로부터 반사된 빛이 되고, 이렇게 기준광이 흔들릴 때 측정광 역시 같이 흔들리게 되므로 기준광을 웨이퍼(100)의 어느 일측의 경계면에서 반사된 빛으로 설정할 경우 기준광과 측정광 사이의 진동 오차를 완벽히 제거할 수 있는 것이다.By using the measurement light reflected from the surface 101 of the wafer as the reference light, it is possible to reduce the error of the reference light that may be generated when the reference mirror 24 described later is installed. In other words, even if the
또한, 상기와 같이 구성된 본 발명의 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치는 실리콘 웨이퍼의 비아홀(100a)의 지름이나 폭을 측정할 수 있으며, 비아홀(100a)의 지름이나 폭을 측정하는 방법은 상기 웨이퍼(100)를 광원부(1)로부터 조사되는 빛과 수직 방향으로 미세하게 이동시키면서 반사된 측정광과 기준광의 간섭신호를 측정하여 비아홀(100a)의 지름을 측정한다.Also, the real-time spectroscopic interference measuring apparatus using the comb-forming and detecting apparatus according to the present invention configured as described above can measure the diameter and width of the via
즉, 비아홀(100a) 바닥의 경계면으로부터 반사되는 측정광의 영역을 확인함으로서 비아홀(100a)의 지름이나 폭을 확인할 수 있는 것이다.That is, the diameter or width of the via
일반적으로 간섭계로부터 얻어진 간섭신호 I(L)은 광경로차 L의 함수로, 다음 식과 같이 표현된다.Generally, the interference signal I (L) obtained from the interferometer is a function of the optical path difference L and is expressed by the following equation.
I(L)=I0(1+γcos(2π/c·L·f)I (L) = I0 (1 +? Cos (2? / CLf)
여기서, I0는 배경과의 세기, γ는 가시도, c는 빛의 속도, L은 광경로차, f는 광원의 주파수이다.Where I0 is the background intensity, γ is the visibility, c is the speed of light, L is the optical path difference, and f is the frequency of the light source.
일반적으로 단일광을 사용하는 경우, 정확한 위상을 구하기 위해 기준 거울을 일정 거리만큼 이동시켜 간섭무늬를 획득하고 이를 분석해야 거리 정보를 얻을 수 있다. 그러나, 본 발명은 광대역 광 주파수 빗을 사용하므로, 광주파수 f에 따른 간섭 신호를 스펙트럼 영역에서 획득하여 그 주기를 구함으로써 광경로차 L을 구할 수 있다. In general, when a single light is used, an interference pattern is acquired by moving a reference mirror a certain distance to obtain an accurate phase, and the distance information can be obtained by analyzing the interference pattern. However, since the present invention uses a broadband optical frequency comb, the optical path difference L can be obtained by obtaining an interference signal according to the optical frequency f in the spectral domain and obtaining the period.
따라서 이러한 빛의 성질을 이용하여, 본 발명의 간섭계(2)는 광대역 적외선을 측정 대상물(100)의 두께, 내면 형상, 위치, 외면 형상을 측정함에 있어, 기준 거울(24)을 광경로 방향으로 이동하지 않고도 광대역 적외선 간섭 신호를 동시에 획득하고 스펙트럼 분석함으로써, 실시간으로 다수의 광경로차를 동시에 얻어 측정 대상물(100)의 두께, 내면 형상 등을 고속으로 측정할 수 있다. Therefore, in measuring the thickness, the inner surface shape, the position, and the outer surface shape of the
예컨대, 본 발명의 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치를 실리콘 웨이퍼(100)에 적용하는 경우, 기준 거울을 광경로 방향으로 이동하는 스캐닝 과정 없이도 광대역 적외선 간섭신호를 동시에 획득하고 스펙트럼 분석함으로써 실시간으로 다수의 광경로차를 동시에 얻을 수 있다. 이에 따라 고속으로 비아홀(100a) 깊이의 측정이 가능하며, 측정 정밀도도 우수하다.For example, when a real-time spectroscopic interference measuring apparatus using a comb-forming and detecting apparatus according to the present invention is applied to a
또한, 상기 간섭계(2)는 분광기(spectrometer)(25)를 포함하여 각 주파수 성분에 따른 간섭 신호를 획득하는 것이 바람직하다. In addition, the
도 1을 계속 참조하면, 본 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치는 측정 대상물(100)의 내면 형상, 두께 등을 측정할 수 있다. 여기서 측정 대상물(100)의 내면 형상이란, 내면(102)의 단차, 돌출, 거칠기, 홀(hole) 등을 의미한다. 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. Referring to FIG. 1, the real-time spectroscopic interference measuring apparatus using the comb-forming and detecting apparatus can measure the inner surface shape, thickness, and the like of the
패브리 페로 필터(12)를 이용하여 광원(1)으로부터 출력된 적외선 영역의 광대역 주파수 광을 광대역 광 주파수 빗 (broad mode spacing of the optical comb)으로 변환하는 광대역 광 주파수 빗 변환 단계와 상기 광대역 광 주파수 빗 중 일부를 기준광으로 하여 측정 대상물(100)의 표면(101)에서 반사되게 하고, 나머지를 측정광으로 하여 상기 측정 대상물(100)의 내면(102)에서 반사되게 하여, 상기 기준광과 측정광이 상호 중첩되어 간섭된 간섭신호를 형성하는 간섭신호 형성 단계와 상기 간섭신호를 분광시키는 단계와 상기 분광된 간섭신호를 핀홀 어레이(26)의 구멍으로 투과시켜 상기 분광된 간섭신호의 파장 분해능을 향상시키는 단계와 상기 파장 분해능이 향상된 간섭신호를 검출하는 단계를 통해 측정 대상물(100)의 두께, 내면 형상 중 적어도 하나를 측정할 수 있다. A broadband optical frequency comb conversion step of converting the broadband frequency light in the infrared region output from the
특히, 측정 대상물(100)이 실리콘 웨이퍼인 경우, 실리콘 웨이퍼의 표면(101)을 기준면으로 하고, 실리콘 웨이퍼의 내면(102)을 측정면으로 하여, 각각 기준면 및 측정면에서 반사된 빛의 간섭 신호로부터 실리콘 웨이퍼의 두께와 내면 형상 등을 측정한다. Particularly, when the object to be measured 100 is a silicon wafer, the surface 101 of the silicon wafer is used as a reference surface, the inner surface 102 of the silicon wafer is used as a measurement surface, The thickness and the inner surface shape of the silicon wafer are measured.
즉, 광원부(1)에서 생성된 빛이 광분배기(22)에 의해 각각 실리콘 웨이퍼의 표면(101)과 실리콘 웨이퍼의 내면(102)으로 각각 조사되고 반사되어 형성된 빛의 간섭 신호로부터 실리콘 웨이퍼의 두께와 내면 형상을 측정할 수 있다. That is, the light generated in the
본 발명에 의하면, 상기 광원부(1)는 광대역의 적외선을 생성하는데, 적외선 광은 측정 대상물(100)에 대해 좋은 투과 특성을 가지므로, 상기 적외선 광은 측정 대상물(100)의 표면(101)을 통과하여 내면(102)까지 도달되어, 표면(101) 및 내면(102) 모두에서 반사되므로 측정 대상물(100)의 두께와 내면 형상을 측정하기 유리하다.According to the present invention, the
특히, 비아홀의 깊이를 측정하고자 하는 경우에, 상기 적외선 광은 실리콘 웨이퍼(100)에 대해 투과 특성을 가지므로 실리콘 웨이퍼의 전면(비아홀이 형성된 면의 경계면, 이하 전면이라 함)과 배면(비아홀이 형성된 면의 반대쪽 경계면, 이하 배면이라 함) 중 어느 쪽으로 조사되어도 좋다. 이처럼 적외선 광을 실리콘 웨이퍼에 조사함으로써 비아홀 전면에서의 회절의 문제나 높은 종횡비로 인해 비아홀 바닥면에 도달하지 못하는 문제 없이, 비아홀 바닥면에서 반사되는 반사 적외선과 기준광의 간섭 신호를 획득하여 처리함으로써 비아홀의 깊이를 정확히 측정할 수 있다.In particular, when the depth of the via hole is to be measured, the infrared light has a transmission characteristic with respect to the
도 1을 계속 참조하면, 본 발명의 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치를 이용하여, 측정 대상물(100)의 내면 형상을 측정하는 과정을 설명하면 다음과 같다. Referring to FIG. 1, a process of measuring the inner surface shape of the
광분배기(22)에서 분배된 광 중 일부를 기준광으로 하여 측정 대상물의 표면(101)에서 반사되게 한다. 또한 광분배기(22)에서 분배된 나머지 광을 측정광으로 하여 측정 대상물의 내면(102)에서 반사되게 하여, 상기 기준광과 측정광이 상호 중첩되어 간섭된 간섭 신호를 분석하는 경우 측정 대상물(100)의 내면 형상을 측정할 수 있다. 간섭신호의 스펙트럼 주기를 얻는 것은 푸리에 변환을 통해 가능하며, 푸리에 영역에서 보다 정확한 피크 위치를 얻기 위해서 원하는 피크만 필터링하여 역푸리에 변환하여 위상으로 측정하는 방법도 이용될 수 있다.So that a part of the light distributed in the
만일 내면(102)에 도 1에서 도시된 바와 같은 측정물에 비아홀(100a)이 형성된 경우, 실리콘 표면(101)에서 반사된 광을 기준광으로 한다. 상기 실리콘 표면(101)에 도달한 광 중 일부는 비아홀(100a)의 바닥면에서 반사되고, 일부는 그대로 투과하여 내면(102)에서 반사된다. 상기 비아홀(100a)의 바닥과 내면(102)에서 반사된 두 광을 측정광으로 하여, 기준광과 간섭된 간섭 신호를 분석하는 경우 측정 대상물(100)의 내면 형상을 측정할 수 있다If the via
보다 구체적으로 비아홀이 형성된 실리콘 웨이퍼(100)를 예를 들어 설명하면 다음과 같다More specifically, a
상기 측정 대상물(100)이 비아홀이 형성된 실리콘 웨이퍼(100)인 경우, 상기 실리콘 웨이퍼(100)의 전면에 대향하는 위치에 간섭계(2)가 설치되어 적외선 광이 비아홀(100a)로 바로 입사하고 비아홀(100a) 바닥면에서 반사되며, 일부는 그대로 투과하여 배면(102)에서 반사되며, 이 두 반사 성분의 기준광과의 간섭 신호를 분석함으로써 비아홀(100a)의 깊이를 산정할 수 있다. When the
또한, 상기 측정 대상물(100)이 비아홀(100a)이 형성된 실리콘 웨이퍼(100)인 경우 위 경우와 반대로 간섭계(2)는 실리콘 웨이퍼(100)의 비아홀(100a)이 형성된 면의 반대면에 대향되게 설치되어 조사되는 빛이 웨이퍼(100)를 투과하여 비아홀(100a)의 바닥면이나 웨이퍼(100)의 반대측 표면과의 경계면에서 반사된 빛을 감지할 수도 있다.In the case where the
즉, 실리콘 웨이퍼(100)의 전면으로 적외선 광을 조사하여 비아홀(100a)을 측정하는 장치와 배면에서 조사하는 장치는 그 구조가 동일하며, 다만 웨이퍼(100)의 배치 방향이 상이하다.That is, the apparatus for measuring the via
도 1을 계속 참조하면, 본 발명의 광 간섭계를 이용한 측정 장치를 이용하여 측정 대상물(100)의 두께도 측정할 수 있다. 측정 대상물(100)의 표면(101)을 무한히 편평한 면이라 가정한 후, 상기 표면(101)을 기준면으로 한다. 만일 측정 대상물(100)의 내면(102) 또한 무한히 편평하다 가정하는 경우, 광원부(1)에서 조사된 광은 투과율이 좋은 적외선 광이므로, 표면(101)을 통과하여 내면(102)까지 도달되어 반사된다. 광분배기(22)에서 분배된 광 중 일부를 기준광으로 하여 측정 대상물의 표면(101)에서 반사되도록 하고, 광분배기에서 분배된 광 중 일부를 측정광으로 하여 측정 대상물의 내면(102)에서 반사되도록 하여 상기 측정광과 반사광이 상호 간섭되어 형성된 간섭 신호를 분석하는 경우, 측정 대상물(100)의 두께를 측정할 수 있다. 역시, 간섭신호의 스펙트럼 주기를 얻는 것은 푸리에 변환을 통해 가능하며, 푸리에 영역에서 보다 정확한 피크 위치를 얻기 위해서 원하는 피크만 필터링하여 역푸리에 변환하여 위상으로 측정하는 방법도 이용될 수 있다.With continued reference to FIG. 1, the thickness of the object to be measured 100 can also be measured using the measurement apparatus using the optical interferometer of the present invention. Assuming that the surface 101 of the
특히, 본 발명의 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치를 실리콘 웨이퍼(100)의 비아홀(100a)에 적용하는 경우, 비아홀(100a)이 형성되지 않은 실리콘 웨이퍼(100)의 부분에서는 실리콘 웨이퍼 전면과 배면 두 경계점으로부터 적외선 광이 반사되는데 이로부터 실리콘 웨이퍼(100)의 두께 정보도 얻을 수 있다.Particularly, when the real-time spectroscopic interference measuring apparatus using the comb-forming and detecting apparatus of the present invention is applied to the via-
상기와 같이 구성된 본 발명의 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치 및 측정 방법을 실리콘 웨이퍼의 비아홀 측정 장치와 이를 이용한 측정 방법을 예시로 하여 상세하게 설명한다.The real-time spectroscopic interference measuring apparatus and method using the comb-forming and detecting apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to an apparatus for measuring a via-hole of a silicon wafer and a measuring method using the same.
먼저, 비아홀(100a) 측정 방법은 상기 광원부(1)로부터 조사되는 빛을 웨이퍼(100)에 조사하되 조사되는 빛이 웨이퍼에 형성된 비아홀(100a)의 반대면에 조사되게하여 조사된 빛이 웨이퍼의 양 표면(101)과의 경계면, 비아홀(100a) 바닥의 경계면에서 반사되게 하고, 반사된 빛과 기준광의 간섭 신호를 이용하여 비아홀(100a)의 깊이를 측정한다.First, in the method of measuring the via
상기 간섭계(2)는 높은 측정 분해능뿐만 아니라 길이 표준 소급성도 확보할 수 있어 초정밀 측정에 널리 사용되는 것이지만 위상을 결정하기 위해 기준미러(24)를 이동시키거나 위상 반전하여야 하는 문제가 있으므로 대역폭이 넓은 광원(11)을 이용하여 스펙트럼 해석을 함으로써 기준미러(24)를 이동시키거나 위상반전 없이 광로차를 얻을 수 있게 하였다.The
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치를 설명하겠으며, 다른 실시예와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.Hereinafter, a real-time spectroscopic interference measuring apparatus using a comb-forming and detecting apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3, and description of the same components as those of the other embodiments will be omitted.
광대역 적외선 광을 생성하는 광원부(1)는 광원(11), 패브리-페로 필터(12) 및 광증폭기(13)를 포함한다. 상기 광원은 중심 파장 1541nm를 갖는 광대역 주파수 의 레이저 광을 생산하는 초발광 다이오드(11)이며, 상기 초발광 다이오드에서 나온 광대역 주파수 의 레이저 광은 패브리-페로 필터(12)로 입사되어 반복률이 20 GHz내지 30 GHz이고, 대역폭이 15 nm내지 25 nm인 스펙트럼을 생성한다.The
바람직하기로 상기 반복률은 10 MHz 이상이고 대역폭은 10 nm 이상이다.Preferably, the repetition rate is above 10 MHz and the bandwidth is above 10 nm.
상기 패브리-페로(12)의 반복률(repetition rate)은 기준클럭(Rb-reference clock)에 잠금되어 안정화되어 있고, 이렇게 생성된 광빗(optical comb)은 실제 간섭계에 적용하여 사용하기 충분한 광량이 되도게 하기 위해 증폭기(13)를 통해 증폭된다. 상기 증폭기(13)로는 EDFA(Er doped fiber amplifier)가 사용될 수 있다.The repetition rate of the Fabry-
이렇게 증폭된 빛은 간섭계(2)로 입력되고, 이렇게 증폭된 빛은 간섭계(2)로 입력되고, 상기 시준렌즈(21)를 거쳐 시준된 빛은 광분배기(22)를 통과하여 기준 미러(24)와 측정 대상물(100)로 나뉘어 입사되고, 기준 미러(24)의 표면에서 반사된 빛을 기준광으로, 측정 대상물(100)에서 반사된 빛을 측정광으로 하여, 상기 기준광과 측정광의 간섭 신호를 검출기(23)에서 검출 및 계산하여 측정 대상물(100)의 위치, 표면 형상, 내면 형상, 두께를 측정할 수 있다. 이때 기준광이 조사되는 기준면은 기준미러(24)의 표면이며, 측정광이 조사되는 측정 대상물의 표면(101) 혹은 내면(102)일 수 있다. The amplified light is input to the
또한, 기준미러(24)를 설치할 경우, 광원부(1)에서 생성된 빛은 광분배기(22)를 통해 각각 기준미러(24)와 측정 대상물(100)로 조사된다. 기준미러(24)의 표면에 조사되어 반사된 빛을 기준광으로, 측정 대상물(100)의 표면(101)으로 조사되고 반사된 빛을 측정광으로 하는 경우, 측정 대상물(100)의 위치와 표면형상을 측정할 수 있다. In addition, when the reference mirror 24 is provided, light generated in the
즉 측정 대상물(100)의 표면(101)이 무한히 편평하다고 가정하는 경우, 기준미러(24)의 위치는 이미 결정된 것이므로, 기준광과 측정광의 간섭 신호를 통해 측정 대상물(100)의 위치를 알아낼 수 있다. 상세히 설명하면, 광원부(1)에서 생성된 빛은 광분배기(22)를 통해 각각 기준미러(24)와 측정 대상물(100)로 조사된다. 상기 광분배기(22)에서 분배된 광 중 일부를 기준광으로 하여 기준미러(24)의 표면에 조사되어 반사되도록 한다. 또한 상기 광분배기(22)에서 분배된 나머지 광을 측정광으로 하여 상기 측정 대상물(100)의 표면(101)에서 반사되게 하여, 상기 기준광과 측정광이 상호 중첩되어 간섭된 간섭신호를 통해 측정 대상물(100)의 위치를 알아낼 수 있다. 역시, 간섭신호의 스펙트럼 주기를 얻는 것은 푸리에 변환을 통해 가능하며, 푸리에 영역에서 보다 정확한 피크 위치를 얻기 위해서 원하는 피크만 필터링하여 역푸리에 변환하여 위상으로 측정하는 방법도 이용될 수 있다.That is, assuming that the surface 101 of the
특히, 상기 측정 대상물(100)이 실리콘 웨이퍼(100)인 경우 실리콘 웨이퍼(100)의 미세한 위치 에러를 측정할 수 있다. Particularly, when the
또한, 기준미러(24)를 설치할 경우, 측정 대상물의 표면 형상(101)의 측정도 가능하다. 광원부(1)에서 생성된 빛은 광분배기(22)를 통해 각각 기준미러(24)와 측정 대상물(100)로 조사된다. 상기 광분배기(22)에서 분배된 광 중 일부를 기준광으로 하여 기준미러(24)의 표면에 조사되어 반사되도록 한다. 또한 상기 광분배기(22)에서 분배된 나머지 광을 측정광으로 하여 상기 측정 대상물(100)의 표면에서 반사되게 하여, 상기 기준광과 측정광이 상호 중첩되어 간섭된 간섭신호를 통해, 측정 대상물(100)의 표면(101) 형상을 측정할 수 있다. 즉 측정 대상물(100)이 무한히 편평하다 가정하지 않는 경우, 표면(101)의 거칠기, 단차, 요철, 홈 등을 측정할 수 있다. 동일하게, 간섭신호의 스펙트럼 주기를 얻는 것은 푸리에 변환을 통해 가능하며, 푸리에 영역에서 보다 정확한 피크 위치를 얻기 위해서 원하는 피크만 필터링하여 역푸리에 변환하여 위상으로 측정하는 방법도 이용될 수 있다.When the reference mirror 24 is provided, it is also possible to measure the surface shape 101 of the measurement object. Light generated in the
이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. This will be described in more detail as follows.
패브리 페로 필터(12)를 이용하여 광원(1)으로부터 출력된 적외선 영역의 광대역 주파수 광을 광대역 광 주파수 빗 (broad mode spacing of the optical comb)으로 변환하는 광대역 광 주파수 빗 변환 단계와 상기 광대역 주파수 빗 중 일부를 기준광으로 하여 상기 기준미러(24)의 표면에서 반사되게 하고, 나머지를 측정광으로 하여 상기 측정 대상물(100)의 표면(101)에서 반사되게 하여, 상기 기준광과 측정광이 상호 중첩되어 간섭된 간섭신호를 형성하는 단계와 상기 간섭신호를 분광시키는 단계와 상기 분광된 간섭신호를 핀홀 어레이(26)의 구멍으로 투과시켜 상기 분광된 간섭신호의 파장 분해능을 향상시키는 단계와 상기 파장 분해능이 향상된 간섭신호를 검출하는 단계를 통해 측정 대상물(100)의 위치, 표면 형상을 측정할 수 있다. A broadband optical frequency comb converting step of converting the broadband frequency light in the infrared region output from the
더욱이, 본 발명의 광원부에서 생성되는 빛은 적외선 영역의 광이므로, 상기 측정광은 측정 대상물(100)의 표면을 통과하여 측정 대상물(100)의 내면까지 도달될 수 있다. 이때 광원부(1)에서 생성된 빛은 광분배기(22)를 통해 각각 기준미러(24)와 측정 대상물의 외면(101)과 내면(102)으로 조사된다. 상기 광분배기(22)에서 분배된 광 중 일부를 기준광으로 하여 기준미러(24)의 표면에 조사되어 반사되도록 한다. 또한 상기 광분배기(22)에서 분배된 나머지 광을 측정광으로 하여 상기 측정 대상물(100)의 표면(101)과 내면(102)에서 반사되게하여, 상기 기준광과 측정광이 상호 중첩되어 간섭된 간섭신호를 통해, 측정 대상물(100)의 표면(101) 형상과 내면(102) 형상을 동시에 측정할 수 있다. 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. Furthermore, since the light generated by the light source unit of the present invention is light in the infrared region, the measurement light can reach the inner surface of the
패브리 페로 필터(12)를 이용하여 광원(1)으로부터 출력된 적외선 영역의 광대역 주파수 광을 광대역 광 주파수 빗 (broad mode spacing of the optical comb)으로 변환하는 광대역 광 주파수 빗 변환 단계와 상기 광대역 주파수 빗 중 일부를 기준광으로 하여 기준미러(24)의 표면에 조사되어 반사되도록 하고, 나머지를 측정광으로 하여 상기 측정 대상물(100)의 표면(101)과 내면(102)에서 반사되게 하여, 상기 기준광과 측정광이 상호 중첩되어 간섭된 간섭신호를 형성하는 단계와 상기 간섭신호를 분광시키는 단계와 상기 분광된 간섭신호를 핀홀 어레이(26)의 구멍으로 투과시켜 상기 분광된 간섭신호의 파장 분해능을 향상시키는 단계와 상기 파장 분해능이 향상된 간섭신호를 검출하는 단계를 통해 측정 대상물(100)의 표면(101) 형상과 내면(102) 형상을 동시에 측정할 수 있다. A broadband optical frequency comb converting step of converting the broadband frequency light in the infrared region output from the
특히, 이를 실리콘 웨이퍼의 비아홀(100a)의 측정에 적용하면 다음과 같다. 증폭된 빛은 간섭계(2)로 입력되고, 상기 시준렌즈(21)를 거쳐 시준된 빛은 광분배기(22)를 통과하여 기준 미러(24)와 웨이퍼(100)로 나뉘어 입사되고, 실리콘 웨이퍼(100)로부터 반사되어 되돌아온 빛 중 어느 일측 표면(101)의 경계면으로부터 반사된 빛 또는 기준미러(24)에서 반사된 빛을 기준광으로 하여 측정광과의 간섭 신호를 검출기(23)에서 검출 및 계산하여 비아홀(100a)의 깊이와 지름 또는 폭을 측정한다Particularly, this is applied to the measurement of the via
물론, 상기 광원부(1)에서 웨이퍼(100)에 조사되는 빛은 웨이퍼(100)의 비아홀(100a)이 형성된 면의 반대면에 조사하며, 웨이퍼(100)로부터 반사되는 빛의 반사면은 세 부분이 된다.Of course, the light emitted from the
즉, 도 2에 도시한 바와 웨이퍼(100)의 배면(비아홀이 형성된 면을 정면으로 보았을 때), 정면, 및 비아홀(100a)의 바닥면의 경계면에서 빛의 반사가 이루어지므로, 이 세 개의 측정광(반사광)과 기준미러(24)로부터 반사된 기준광 사이의 간섭 신호를 측정함으로써 비아홀(100a)의 깊이를 측정할 수 있다.That is, as shown in FIG. 2, since light is reflected at the interface between the back surface of the wafer 100 (when the surface on which the via-hole is formed is viewed from the front), the front surface, and the bottom surface of the via
이렇게 기준미러(24)를 사용하지 않을 경우에는 도 2에 도시한 바와 같이 배면을 기준면으로 설정하여 이 배면에서 반사된 빛을 기준광으로 설정하거나 도시하지는 않았으나 정면을 기준면으로 하고 이로부터 반사된 빛을 기준광으로 설정할 수 있다.When the reference mirror 24 is not used, as shown in FIG. 2, the back surface is set as a reference surface, and the light reflected from the back surface is set as a reference light or is not shown, but the front surface is used as a reference surface, It can be set as a reference light.
물론 도 3에 도시한 바와 같이 기준미러(24)를 설치할 경우에는 기준미러(24)로부터 반사된 빛을 기준광으로 설정하게 된다.3, when the reference mirror 24 is provided, the light reflected from the reference mirror 24 is set as the reference light.
그러나, 기준미러(24)의 흔들림에 의해 기준광의 오류가 발생될 수 있으므로 측정 대상물(100)의 두께 혹은 형상을 측정하고자 하는 경우, 특히 실리콘 웨이퍼의 비아홀(100a)의 지름이나 폭, 깊이를 측정하고자 하는 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이 웨이퍼(100)의 어느 일측 경계면으로부터 반사된 빛을 기준광으로 설정하는 것이 바람직하다. 특히 웨이퍼(100)의 표면(101)으로부터 반사된 빛을 기준광으로 설정하는 것이 더욱 바람직하다. However, when the thickness or the shape of the
도 1에 도시된 바와 같이, 기준미러(24)를 사용하지 않고, 웨이퍼(100)의 어느 일측의 경계면으로부터 반사되는 빛을 기준광으로 하여 측정광과의 간섭 신호로부터 깊이나 지름을 측정할 경우 웨이퍼(100)가 진동에 둔감한 특성까지 얻어낼 수 있어 공정 내 실시간 측정이 가능하다.1, when the depth or diameter is measured from the interference signal with the measurement light using the light reflected from the interface of one side of the
본 발명의 또 다른 실시예를 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치를 설명하겠으며, 다른 실시예와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다. Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4, and a real-time spectroscopic interference measuring apparatus using a comb-forming and detecting apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described, and description of the same components as those of the other embodiments will be omitted.
이 실시예는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치 중 특히, 간섭 현상을 이용하여 측정 대상물(100) 중 실리콘 비아홀(100a)의 깊이와 지름을 측정하는 것으로, 비아홀(100a)의 깊이와 지름을 측정하는 원리는 다른 실시예와 동일하며, 아래의 상이점을 제외한 구성도 동일하다.This embodiment measures the depth and the diameter of the silicon via
도 4에 도시된 바와 같이, 광원(11)으로부터 발생한 광대역 적외선 광은 실리콘 웨이퍼(100)의 전면으로 조사되어, 비아홀(100a)의 바닥면을 일단 투과한 후 일부는 배면을 투과하고 나머지 일부는 배면에서 반사되고 그 중 일부는 다시 비아홀(100a)의 바닥면에서 재반사된다. 따라서, 반사없이 투과된 적외선 광과 비아홀(100a) 투과 후 2번에 걸쳐 반사된 적외선 광은 그 광경로차에 따라 간섭 신호를 생성하고 이를 검출기(23)가 측정하여 비아홀(100a)과 배면의 거리를 측정할 수 있게 된다.4, the wide-band infrared light generated from the
도 4와 동일한 구조의 간섭계의 경우 실리콘 웨이퍼(100)와 검출기(23) 사이에 집속렌즈(28)를 설치하는 것도 가능하다. 이 경우 기준광은 비아홀(100a)이 형성되지 않은 실리콘 웨이퍼면을 투과한 광이 되고, 비아홀(100a)을 투과한 광은 굴절률 차이로 인해 광의 진행 속도가 달라지므로 결국 광경로차가 생기게 되며, 이 두 광을 집속 렌즈로 집속하여 간섭신호를 얻게 된다.4, it is also possible to provide a focusing lens 28 between the
이와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치 및 측정 방법은 비파괴 방식으로 초미세 전자부품 특히, 실리콘 웨이퍼의 비아홀의 불량여부를 고속으로 정확히 확인할 수 있으므로 3D반도체 패키징 공정에서의 활용도가 우수하고, 반도체 패키지의 수율이 향상되며, 기계진동이 측정 품질에 미치는 영향이 최소화된다.
Since the real-time spectroscopic interference measuring apparatus and method using the comb-forming and detecting apparatus according to the preferred embodiment of the present invention can accurately confirm whether a via hole of a silicon wafer is defective or not at a high speed in a non-destructive manner, The semiconductor package is advantageously utilized in the semiconductor packaging process, the yield of the semiconductor package is improved, and the influence of the mechanical vibration on the measurement quality is minimized.
1: 광원부
11: 광원
12: 패브리-페로 필터
12a: 제1구면거울 12b: 제2구면거울
13: 증폭기
2: 간섭계
21: 시준렌즈
22: 광분배기
23: 검출기
24: 기준미러
25: 분광기
25a: 제1프리즘 25b: 제2프리즘 26c: 회절격자 분광기
26: 핀홀 어레이
28: 집속렌즈
100: 측정 대상물
100a: 비아홀
101: 표면 102: 내면
L: 공진기 길이(cavity length)
D1: 주파수 모드 간격
D2: 파장 모드 간격1:
11: Light source
12: Fabry-Perot filter
12a: first spherical mirror 12b: second spherical mirror
13: Amplifier
2: Interferometer
21: Collimating lens
22: Light distributor
23: Detector
24: Reference mirror
25: spectroscope
25a:
26: Pinhole array
28: Focusing lens
100: object to be measured
100a:
101: surface 102: inner surface
L: cavity length
D1: Frequency mode interval
D2: Wavelength mode interval
Claims (11)
상기 광원부(1)는 광원(11)으로부터 출력된 적외선 영역의 광대역 주파수 광을 광대역 광 주파수 빗 (broad mode spacing of the optical comb)으로 변환하는 패브리-페로 필터(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치.
The light source unit 1 and the light source unit 1 are irradiated with the light to be measured 100 and the light is reflected from the interference signal of the light reflected from the measurement object 100 to measure the surface shape of the measurement object, 1. A real-time spectral interference measuring apparatus using a comb generation and detection apparatus including an interferometer (2) for measuring at least one of a thickness of an object and a position of a measurement object,
The light source unit 1 includes a Fabry-Perot filter 12 that converts broadband frequency light in the infrared region output from the light source 11 into a broad mode spacing of the optical comb. A real - time spectroscopic interference measurement system using comb - generation and detection apparatus.
상기 간섭계(2)는 상기 패브리-페로 필터(12)로부터 출력되는 광을 평행광으로 변환하는 시준렌즈(21)와;
상기 시준렌즈(21)를 통해 변환된 평행광 중 일부는 기준광으로 나머지는 측정광으로 분배하여, 각각 기준면과 측정면으로 분배하는 광분배기(22)와;
상기 기준면에서 반사된 기준광과 상기 측정면에서 반사된 측정광이 상호 중첩되어 간섭된 간섭 신호를 검출하는 검출기(23);를 포함하는 것을 특징으로 하는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치.
The method of claim 1,
The interferometer 2 includes a collimator lens 21 for converting light output from the Fabry-Perot filter 12 into parallel light;
An optical splitter 22 for splitting a part of the parallel light converted through the collimator lens 21 into a reference light and the remaining light as measurement light and distributing the measurement light to the reference surface and the measurement surface, respectively;
And a detector (23) for detecting an interference signal interfered by the reference light reflected from the reference surface and the measurement light reflected from the measurement surface, and a detector (23) for detecting a coherent interference signal, .
상기 기준면은 측정 대상물(100)의 표면(101)이며, 상기 측정면은 측정 대상물의 내면(102)이거나,
상기 기준면은 기준미러(24)의 표면이며, 상기 측정면은 측정 대상물(100)의 표면(101) 또는 내면(102)인 것을 특징으로 하는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치.
3. The method of claim 2,
The reference surface is a surface 101 of the measurement object 100, and the measurement surface is an inner surface 102 of the measurement object,
Wherein the reference surface is a surface of the reference mirror and the measurement surface is a surface or an inner surface of the measurement object.
상기 간섭계(2)는 상기 간섭신호를 각 파장 또는 각 주파수에 따라 분광하는 분광기(25)(spectrometer)와;
상기 분광기(25)와 상기 검출기(23) 사이에 배치되어, 상기 분광기(25)의 파장 분해능을 향상시키는 핀홀 어레이(26)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치.
3. The method of claim 2,
The interferometer (2) comprises a spectrometer (25) for spectroscopically analyzing the interference signal according to each wavelength or each frequency;
Further comprising a pinhole array (26) disposed between the spectroscope (25) and the detector (23) for improving the wavelength resolution of the spectroscope (25) Measuring device.
상기 분광기(25)는 프리즘 분광기로, 삼각 기둥 형상의 프리즘으로 형성되거나,
삼각 기둥 형상의 제1프리즘(25a)과 역삼각 기둥 형상의 제2프리즘(25b)이 연속적으로 배치되어 형성되는 것을 특징으로 하는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치.
5. The method of claim 4,
The spectroscope 25 is a prism spectroscope and may be formed of a triangular prism,
Wherein a first prism (25a) in a triangular prism shape and a second prism (25b) in an inverted truncated pyramid shape are continuously arranged.
상기 분광기는 간섭신호를 회절격자로 회절시켜 상기 간섭신호를 각 파장 성분에 따라 분광하는 회절격자 분광기(25c)인 것을 특징으로 하는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the spectroscope is a diffraction grating spectroscope (25c) that diffracts the interference signal into a diffraction grating and splits the interference signal according to each wavelength component.
상기 패브리-페로 필터(12) 전방에는 상기 패브리-페로 필터(12)에 의해 생성된 상기 광대역 광 주파수 빗의 광량을 증폭하는 광증폭기(13)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치.
The method of claim 1,
Further comprising an optical amplifier (13) in front of the Fabry-Perot filter (12) for amplifying a light amount of the broadband optical frequency comb generated by the Fabry-Perot filter (12) Real - Time Spectral Interferometry Using.
상기 광원부(1)가 생성하는 상기 광대역 주파수 빗은 반복률이 1kHz내지 100 GHz 이고, 대역폭이 0.1 nm에서 2000 nm인 것을 특징으로 하는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 장치.8. The method according to any one of claims 1 to 7,
Wherein the wideband frequency comb generated by the light source part has an iteration rate of 1 kHz to 100 GHz and a bandwidth of 0.1 to 2000 nm.
(b)상기 광대역 광 주파수 빗 중 일부를 기준광으로 하여 측정 대상물(100)의 표면(101)에서 반사되게 하고, 나머지를 측정광으로 하여 상기 측정 대상물(100)의 내면(102)에서 반사되게 하여, 상기 기준광과 측정광이 상호 중첩되어 간섭된 간섭신호를 형성하는 간섭신호 형성 단계;
(c)상기 간섭신호를 분광시키는 단계;
(d)상기 분광된 간섭신호를 핀홀 어레이(26)의 구멍으로 투과시켜 상기 분광된 간섭신호의 파장 분해능을 향상시키는 단계;
(e)상기 파장 분해능이 향상된 간섭신호를 검출하는 단계; 를 통해 측정 대상물(100)의 두께, 내면 형상 중 적어도 하나를 측정하는 것을 특징으로 하는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 방법.
(a) a broadband optical frequency comb transforming step of transforming broadband frequency light in the infrared region output from the light source 1 into a broad mode spacing of the optical comb using a Fabry-Perot filter 12;
(b) a part of the broadband optical frequency comb is reflected on the surface 101 of the measurement object 100 and the rest is reflected on the inner surface 102 of the measurement object 100 as measurement light An interference signal forming step of forming an interference signal by overlapping the reference light and the measurement light;
(c) spectroscopically analyzing the interference signal;
(d) transmitting the spectrally interfered signal to a hole in the pinhole array (26) to enhance the wavelength resolution of the spectrally interfered signal;
(e) detecting the interference signal with improved wavelength resolution; Wherein at least one of the thickness and the inner surface shape of the measurement object (100) is measured through the comb-forming and detecting apparatus.
(b)상기 광대역 주파수 빗 중 일부를 기준광으로 하여 상기 기준미러(24)의 표면에서 반사되게 하고, 나머지를 측정광으로 하여 상기 측정 대상물(100)의 표면(101)에서 반사되게 하여, 상기 기준광과 측정광이 상호 중첩되어 간섭된 간섭신호를 형성하는 단계;
(c)상기 간섭신호를 분광시키는 단계;
(d)상기 분광된 간섭신호를 핀홀 어레이(26)의 구멍으로 투과시켜 상기 분광된 간섭신호의 파장 분해능을 향상시키는 단계;
(e)상기 파장 분해능이 향상된 간섭신호를 검출하는 단계; 를 통해 측정 대상물(100)의 위치, 표면 형상 중 적어도 하나를 측정하는 것을 특징으로 하는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 방법.
(a) a broadband optical frequency comb transforming step of transforming broadband frequency light in the infrared region output from the light source 1 into a broad mode spacing of the optical comb using a Fabry-Perot filter 12;
(b) a part of the wideband frequency comb is reflected as a reference light on the surface of the reference mirror 24, and the remaining light is reflected by the surface 101 of the measurement object 100, and the reference light Overlapping the measured light with each other to form an interfering interference signal;
(c) spectroscopically analyzing the interference signal;
(d) transmitting the spectrally interfered signal to a hole in the pinhole array (26) to enhance the wavelength resolution of the spectrally interfered signal;
(e) detecting the interference signal with improved wavelength resolution; Wherein at least one of a position and a surface shape of the measurement object (100) is measured through the comb-forming and detecting device.
(b) 상기 광대역 광 주파수 빗 중 일부를 기준광으로 하여 측정 대상물(100)의 표면(101)에서 반사되게 하고, 나머지를 측정광으로 하여 상기 측정 대상물(100)의 표면(101)과 내면(102)에서 반사되게 하여, 상기 기준광과 측정광이 상호 중첩되어 간섭된 간섭신호를 형성하는 단계;
(c)상기 간섭신호를 분광시키는 단계;
(d)상기 분광된 간섭신호를 핀홀 어레이(26)의 구멍으로 투과시켜 상기 분광된 간섭신호의 파장 분해능을 향상시키는 단계;
(e)상기 파장 분해능이 향상된 간섭신호를 검출하는 단계;를 통해 측정 대상물(100)의 표면(101) 형상과 내면(102) 형상을 동시에 측정하는 것을 특징으로 하는 콤 생성 및 검출 장치를 이용한 실시간 분광형 간섭 측정 방법.
(a) a broadband optical frequency comb transforming step of transforming broadband frequency light in the infrared region output from the light source 1 into a broad mode spacing of the optical comb using a Fabry-Perot filter 12;
(b), a part of the broadband optical frequency comb is reflected from the surface 101 of the measurement object 100, and the rest is used as the measurement light so that the surface 101 and the inner surface 102 of the measurement object 100 So that the reference light and the measurement light are superimposed on each other to form an interference signal;
(c) spectroscopically analyzing the interference signal;
(d) transmitting the spectrally interfered signal to a hole in the pinhole array (26) to enhance the wavelength resolution of the spectrally interfered signal;
(101) and the inner surface (102) of the measurement object (100) simultaneously by detecting the interfering signal with improved wavelength resolution. Method of measuring spectral interference.
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